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Multilayer GDEs for long-term stable acidic CO2 reduction to formic acid

Wilson, Boby und Seiler, Julian Philipp und Burmeister, Jule und Alalia, Alia und Manolova, Mila und Sörgel, Seniz und Klemm, Elias und Kopljar, Dennis und Friedrich, Kaspar Andreas (2025) Multilayer GDEs for long-term stable acidic CO2 reduction to formic acid. 3rd Symposium on Insights into Gas Diffusion Electrodes (GDE Symposium Berlin), 2025-09-02 - 2025-09-04, Berlin Germany.

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Kurzfassung

Employing green electricity and shifting from fossil to renewable feedstock to reduce anthropogenic CO2 emissions is a sustainable method contributing to cracking down the challenges for achieving greenhouse gas neutrality. Recently, electrochemical reduction methods using gas diffusion electrodes (GDEs) have become a viable approach for converting CO2 from sources like waste incineration, cement industry, or biogenic sources to valuable platform chemicals like CO, ethylene and formic acid. Previous research from our group has demonstrated the feasibility of bismuth (Bi) based GDEs in acidic CO2 electrolysis to produce formic acid which comes with the advantage of a significantly simplified upstream processing and reduced carbonate precipitation within the electrode. However, the process still faces severe challenges associated with long-term stability and the accumulation of product which is essential for reaching a commercially competitive process. The reason for the negative impact of increasing formic acid concentration in acidic environment is still not fully understood [1]. Recent studies have shown that systematic GDE engineering and applying a protective layer (PL) for the catalyst can improve stability by regulating the ion transport and shield the catalyst from harsh conditions. Meanwhile, the hydrophobic gas diffusion layer prevents electrode flooding, ensuring continuous CO2 diffusion to the catalyst layer during operation [2]. The presented work aims at the fabrication and optimization of such multilayer substrates for GDEs for formic acid production starting from the already established single layer architecture which reaches current densities of several 100 mA/cm² but lacks sufficient long-term stability. Based on this, the beneficial effect of electrodeposited Bismuth catalyst to produce a very thin and well-defined catalyst layer is demonstrated. Through optimization the electrode properties, we try to get a better understanding of how the electrode needs to be tailored in order to reach the required performance metrics for industrial operation with high durability. To this end, physical characterizations and advanced microstructural studies to understand the complex electrode framework before and after electrolysis complement the electrochemical characterization and give insights into electrode degradation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218414/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Multilayer GDEs for long-term stable acidic CO2 reduction to formic acid
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wilson, Bobyboby.wilson (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seiler, Julian Philippjulian.seiler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Burmeister, Julejule.burmeister (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Alalia, AliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Manolova, MilaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sörgel, SenizNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klemm, Eliaselias.klemm (at) itc.uni-stuttgart.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kopljar, DennisDennis.Kopljar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2 September 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Multilayer GDE, Gas Diffusion ELectrodes, Co2eRR, Electrochemistry, Formic Acid
Veranstaltungstitel:3rd Symposium on Insights into Gas Diffusion Electrodes (GDE Symposium Berlin)
Veranstaltungsort:Berlin Germany
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:2 September 2025
Veranstaltungsende:4 September 2025
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Wilson, Boby
Hinterlegt am:07 Nov 2025 09:51
Letzte Änderung:07 Nov 2025 09:51

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